地球环境所揭示定量大气粉尘和碳组分对青藏高原气溶胶光吸收贡献
大气气溶胶吸光组分主要包括粉尘(Mineral Dust, MD)、有机碳(Organic Carbon, OC)和元素碳(Elemental Carbon, EC)等,因其光吸收能力和全球辐射强迫效应而备受关注。已有工作发现EC具有较强的光吸收效率,但其对气溶胶质量浓度区域贡献远低于MD和OC;与MD和OC在紫外光谱范围内较强光吸收相比,EC具有从紫外到红外更宽光谱范围的光吸收能力。鉴于大气气溶胶三类吸光组分特性差异和复杂的环境因素,探究大气MD、OC和EC的质量浓度和相应光吸收贡献对于评估它们的气候和环境效应是必要的。
青藏高原毗邻具高强度人为活动和生物质燃烧排放的南亚和东亚,同时兼受周边塔克拉玛干和塔尔等沙漠和当地荒漠粉尘释放的影响。自然和人为活动排放的粉尘、碳气溶胶、硝酸盐和硫酸盐等增加了该区域大气气溶胶负荷并影响到其大气辐射强迫效应。定量青藏高原区域大气气溶胶关键吸光组分,如MD、OC和EC质量浓度及其相应的光学吸收贡献,对于理解青藏高原大气气溶胶气候环境影响尤为重要。
地球环境研究所气溶胶理化过程及环境效应团队科研人员基于在青藏高原长期开展的大气气溶胶原位观测、关键化学组分分析和在线多光谱光学吸收测量。将大气气溶胶关键吸光组分浓度与其光学吸收相结合,通过模型运算以确定它们的定量贡献,获取青藏高原大气气溶胶关键组分时空变化,并评估了MD、OC和EC在370 nm光吸收贡献。 发现该区域粉尘、碳组分和二次无机气溶胶(SNA,包括硫酸盐、硝酸盐和铵盐)对大气颗粒物质量浓度具有较高的贡献,高原边缘区域高值一次和二次有机碳以及SNA水平与较高相对湿度(RH)、大气氧化能力(OX,O3+NO2)和人为排放强度相关。EC是区域大气气溶胶主要的光吸收组分,在高原西南、东北和中部分别占约68%、46%和64%。发现高原边缘区域碳气溶胶的光吸收贡献占比高于核心区域,特别是在冬季(约90%);粉尘光吸收占比最高为核心区域(17%)。与碳组分相比,粉尘气溶胶对青藏高原大气颗粒物质量浓度贡献显著,但对光吸收贡献较低。本工作有助于提高对该区域大气粉尘和碳气溶胶气候环境效应的认识。
上述成果发表于国际学术期刊Atmospheric Environment,该工作得到国家自然科学基金项目(42277098)和第二次青藏科考(2019QZKK0602)等支持。
Zhu Chong-Shu; Qu, Yao; Zhou, Yue; Wang, Nan; Huang, Hong; Zhang, Ting; Su, Xiao-Li; Cao, Jun-Ji. UV light absorption at 370 nm by mineral dust, organic carbon, and elemental carbon in the Himalayas and Tibetan Plateau. Atmospheric Environment 334, 120709, 2024.
图1、青藏高原不同区域气溶胶主要光吸收组分粉尘、元素碳和有机碳浓度及其不同波长光吸收变化
图2、大气POC、SOC、SNA、NOR、SOR和OX季节变化
图3、大气粉尘、元素碳和有机碳不同时段光学吸收定量贡献
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